通過納秒脈沖激光進(jìn)行功能表面微結(jié)構(gòu)加工是近年來興起的一種非傳統(tǒng)加工方式,具有低成本、高效率的特點(diǎn)。然而納秒脈沖激光具有明顯的熱擴(kuò)散現(xiàn)象,形成的熱影響區(qū)域極大地降低了加工質(zhì)量,進(jìn)而對(duì)微結(jié)構(gòu)的功能性造成很大影響。因此,本文采用有限元仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證手段研究了納秒脈沖激光微加工機(jī)理與工藝,并據(jù)此制備了具有減摩擦特性的不銹鋼表面織構(gòu)與具有減反射特性的單晶硅表面織構(gòu):針對(duì)不銹鋼和單晶硅兩種材料建立納秒脈沖激光微加工的高精度有限元仿真模型。該模型涉及溫度分布和加工寬度的評(píng)估,包含以下方面:（1）傳熱模型由熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射組成;（2）材料的熱物理參數(shù)隨溫度變化;（3）考慮熱蒸發(fā)誘導(dǎo)導(dǎo)致的即時(shí)材料去除;（4）脈沖激光具有高斯空間和時(shí)間能量分布。該模型為采用有限元研究納秒脈沖激光加工機(jī)理奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。面向調(diào)控摩擦性能的微結(jié)構(gòu),開展不銹鋼納秒脈沖激光微加工的二維和三維仿真研究。在單脈沖激光加工二維仿真中,研究孔的燒蝕區(qū)域與熱影響區(qū)域在一個(gè)脈沖周期內(nèi)不同時(shí)刻的變化情況;研究不同能量密度條件下孔的燒蝕形貌、溫度場(chǎng)分布和冷卻速率。在多脈沖激光加工三維仿真中,研究多脈沖激光加工微溝槽形成機(jī)理,并與在相同激光... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

荷葉表面的超疏水微結(jié)構(gòu)

圖 1-4 不同激光功率下加工的超疏水結(jié)構(gòu)[18]2018 年，華中科技大學(xué)劉建國(guó)人提出了一種紫外激光直接織構(gòu)法在聚酰亞面不同區(qū)域制備超疏水或超親水圖案的單步處理方法，研究了激光功率強(qiáng)度沖重疊對(duì)表面潤(rùn)濕性的影響。其發(fā)現(xiàn)通過改變這兩個(gè)激光參數(shù)可以改變表面度和化學(xué)成分，并且表面粗糙度和表面化學(xué)都有助于改變聚酰亞胺圖案的潤(rùn)能[19]。同時(shí)期，美國(guó)學(xué)者 Kim 等使用脈沖納秒激光在聚二甲基硅氧烷樣品的上加工超疏水網(wǎng)格圖案。當(dāng)樣品簡(jiǎn)單地浸入水中并從水中取出時(shí)，液滴陣列在具有超疏水網(wǎng)格圖案上形成。并且可以通過控制超疏水網(wǎng)格的間距尺寸來液滴尺寸[20]。長(zhǎng)春理工大學(xué)李靜等通過脈沖激光加工在 6061 鋁合金表面制同尺度的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)超疏水功能[21]。2019 年，華南理工大學(xué)魯龍勝等通沖激光加工在高速鋼表面上制造微/納米級(jí)分層結(jié)構(gòu)，加工表面顯示出優(yōu)異的水性，該表面在解決工業(yè)中高粘度液體引起的粘附問題方面具有重要的應(yīng)用[22]。半導(dǎo)體材料表面的微納結(jié)構(gòu)可以很大程度降低對(duì)光的反射，在光伏與太陽池等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣泛。2016 年，美國(guó)普渡大學(xué) Sarbada 等利用皮秒脈沖激[23]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文柵結(jié)構(gòu)，其首次研究了這種飛秒激光誘導(dǎo)周期表面結(jié)構(gòu)在 250-2500nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)的抗反射效應(yīng)，與未處理的樣品相比，處理過的表面的總偏振反射率在可見光中降低了約四倍，在近紅外光中降低了七倍[28]。美國(guó)學(xué)者 Shin等研究了單晶硅的飛秒脈沖激光燒蝕特性[29]。法國(guó)學(xué)者 Fraggelakis 等利用飛秒脈沖激光誘導(dǎo)硅表面形成周期結(jié)構(gòu)[30]。法國(guó)學(xué)者 Stock 等通過脈沖激光沉積獲得的硅和硅-鍺納米顆粒[31]。大連理工大學(xué)劉愛民等通過激光表面納米結(jié)構(gòu)改性實(shí)現(xiàn)高效工業(yè)大面積黑硅太陽能電池的生產(chǎn)[32]。臺(tái)北工業(yè)大學(xué) Chen 等闡述了黑硅在太陽能電池應(yīng)用中的特性[33]。圖 1-5 為美國(guó)羅徹斯特大學(xué)的 Vorobyev 小組利用飛秒脈沖激光直接在空氣環(huán)境中制備的減反射黑硅[34]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]激光技術(shù)在材料加工中的應(yīng)用研究[J]. 蔡騏遠(yuǎn).  信息記錄材料. 2018(01)
[2]飛秒激光微孔加工[J]. 夏博,姜瀾,王素梅,閆雪亮,劉鵬軍.  中國(guó)激光. 2013(02)
[3]碳化硅單點(diǎn)金剛石超精密切削加工殘余應(yīng)力的離散元模擬[J]. 姜?jiǎng)購?qiáng),譚援強(qiáng),楊冬民,盛勇.  硅酸鹽學(xué)報(bào). 2010(05)

博士論文
[1]超短脈沖激光誘導(dǎo)微納織構(gòu)調(diào)控金屬摩擦性能[D]. 王卓.上海交通大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3133505